一種基于混沌序列的地質(zhì)調(diào)查儀器的加密方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于混沌序列的地質(zhì)調(diào)查儀器的加密方法及系統(tǒng)，所述包括：在加密端設(shè)置種子密鑰池，所述種子密鑰池由預(yù)定數(shù)量的32bits種子密鑰構(gòu)成并進(jìn)行編號；在加密時(shí)從所述種子密鑰池中隨機(jī)選取若干個(gè)種子密鑰送入擴(kuò)展耦合整數(shù)帳篷映射生成密鑰序列，對預(yù)定數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。本發(fā)明通過整數(shù)化的方法降低混沌映射的計(jì)算難度，降低消耗，從而適應(yīng)地質(zhì)調(diào)查儀器與地災(zāi)監(jiān)測設(shè)備低功耗的要求，并通過擴(kuò)展和耦合實(shí)現(xiàn)卓越的安全性能，并且在此過程中避免了除法、乘方等負(fù)載運(yùn)算，對硬件計(jì)算能力要求不高，可以適用于現(xiàn)有的地質(zhì)調(diào)查儀器與地災(zāi)監(jiān)測設(shè)備，不需要對現(xiàn)有儀器設(shè)備進(jìn)行重新設(shè)計(jì)開發(fā)。
【專利說明】一種基于混沌序列的地質(zhì)調(diào)查儀器的加密方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于混沌序列的地質(zhì)調(diào)查儀器的加密方法及系統(tǒng)，屬于地質(zhì)調(diào)查、網(wǎng)絡(luò)通信與信息安全【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著地質(zhì)調(diào)查技術(shù)的進(jìn)步，適用于地質(zhì)調(diào)查的相關(guān)儀器設(shè)備獲得了飛速的發(fā)展，出現(xiàn)了一大批具有低功耗、自動化、實(shí)時(shí)監(jiān)測、無人值守等優(yōu)點(diǎn)的專業(yè)地質(zhì)調(diào)查儀器與地災(zāi)監(jiān)測預(yù)警設(shè)備以及具有2D / 3D圖形顯示、綜合數(shù)據(jù)處理、多參數(shù)調(diào)用計(jì)算等強(qiáng)大功能的數(shù)據(jù)平臺軟件。而地質(zhì)調(diào)查儀器與地災(zāi)監(jiān)測設(shè)備大都布設(shè)在較為偏僻的高山、峽谷、叢林地區(qū)，其數(shù)據(jù)的傳輸主要采用GPRS、3G無線網(wǎng)絡(luò)或Internet有線網(wǎng)絡(luò)等公共網(wǎng)絡(luò)。由于公共網(wǎng)絡(luò)的開放性，對于在公網(wǎng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)其安全性是無法得到保障的，極易被攻擊者截獲、破壞和篡改，而地質(zhì)調(diào)查儀器與地災(zāi)監(jiān)測設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)常含有地理位置、地質(zhì)特點(diǎn)、氣候變化、植被分布以及人員活動等重要信息，對傳輸數(shù)據(jù)的安全有很高的要求。但是，相比于快速發(fā)展的軟硬件技術(shù)，用于地質(zhì)調(diào)查的信息安全技術(shù)的發(fā)展相對滯后，缺乏先進(jìn)的安全技術(shù)，極大的制約了地質(zhì)調(diào)查儀器和地災(zāi)監(jiān)測設(shè)備相關(guān)技術(shù)的全面發(fā)展。
[0003]密碼技術(shù)是保證信息安全的關(guān)鍵技術(shù)，密碼算法是密碼技術(shù)的核心。為了保證地質(zhì)調(diào)查儀器和地災(zāi)監(jiān)測設(shè)備所發(fā)送數(shù)據(jù)的安全性，需要一種安全性高、低消耗、易實(shí)現(xiàn)的密碼算法。序列密碼又被稱為流密碼，是密碼技術(shù)的一個(gè)重要分支，由于其具有“一次一密”的特征，根據(jù)Shannon的證明，“一次一密”的密碼體制是絕對安全的，所以序列密碼理論上具有極高的安全性能。對于序列密碼算法來說，實(shí)現(xiàn)其安全性的關(guān)鍵是能夠生成無限長、無周期的密鑰序列。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，生成器一般都只有有限個(gè)狀態(tài)，導(dǎo)致密鑰序列生成器不可避免的要回到初始狀態(tài)而呈現(xiàn)一定的周期性，這就使得“一次一密”密碼體制在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中很難實(shí)現(xiàn)?；煦缬成渚哂谢旌弦约皩?shù)與初始值的敏感性的基本特征，這些特征非常適合其應(yīng)用于密碼學(xué)算法，可以實(shí)現(xiàn)密碼算法中的相應(yīng)功能。混沌系統(tǒng)的偽隨機(jī)特性使混沌系統(tǒng)的運(yùn)動呈現(xiàn)出一種類似混亂的特征，利用這種特征可以實(shí)現(xiàn)密碼算法中的混淆功能；混沌系統(tǒng)的軌道混合特性與傳統(tǒng)密碼算法的擴(kuò)散特性類似?；煦缬成涞膬?yōu)異混合特性使得利用混沌映射構(gòu)造的加密算法可以實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)密碼算法同樣的混淆與擴(kuò)散功能。利用混沌映射生成的序列具有十分接近真隨機(jī)序列的均勻分布特性，十分適合作為密鑰序列生成器。
[0004]由于地質(zhì)調(diào)查儀器和地災(zāi)監(jiān)測設(shè)備大都部署在較偏僻的無人區(qū)域，難以實(shí)現(xiàn)市電供電，所以大都采用太陽能電瓶供電或者充電鋰電池供電。為了實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備在無人值守的情況下長時(shí)間穩(wěn)定工作，需要采用低功耗設(shè)計(jì)。所以，在設(shè)計(jì)密碼算法時(shí)必須考慮算法的消耗，采用計(jì)算簡單的算法，避免復(fù)雜計(jì)算。但是，混沌映射通常是定義在實(shí)數(shù)域的，這必然會引入浮點(diǎn)運(yùn)算，大大增加系統(tǒng)的消耗，從而導(dǎo)致功耗增加。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明為解決現(xiàn)有的密碼加密技術(shù)中存在的計(jì)算過程較復(fù)雜導(dǎo)致能耗較高，無法適用在低功耗的地質(zhì)調(diào)查儀器與地災(zāi)監(jiān)測設(shè)備中的問題，進(jìn)而提供了一種基于混沌序列的地質(zhì)調(diào)查儀器的加密方法及系統(tǒng)。為此，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案:
[0006]一種基于混沌序列的地質(zhì)調(diào)查儀器的加密方法，包括:
[0007]在加密端設(shè)置種子密鑰池，所述種子密鑰池由預(yù)定數(shù)量的32bits種子密鑰構(gòu)成并進(jìn)行編號；
[0008]在加密時(shí)從所述種子密鑰池中隨機(jī)選取若干個(gè)種子密鑰送入擴(kuò)展耦合整數(shù)帳篷映射生成密鑰序列，對預(yù)定數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
[0009]一種基于混沌序列的地質(zhì)調(diào)查儀器的加密系統(tǒng)，包括:
[0010]種子密鑰池，設(shè)置在加密端，由預(yù)定數(shù)量的32bits種子密鑰構(gòu)成并進(jìn)行編號；
[0011]加密模塊，用于在加密時(shí)從所述種子密鑰池中隨機(jī)選取若干個(gè)種子密鑰送入擴(kuò)展耦合整數(shù)帳篷映射生成密鑰序列，對預(yù)定數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
[0012]本發(fā)明通過整數(shù)化的方法降低混沌映射的計(jì)算難度，降低消耗，從而適應(yīng)地質(zhì)調(diào)查儀器與地災(zāi)監(jiān)測設(shè)備低功耗的要求，并通過擴(kuò)展和耦合實(shí)現(xiàn)卓越的安全性能，并且在此過程中避免了除法、乘方等負(fù)載運(yùn)算，對硬件計(jì)算能力要求不高，可以適用于現(xiàn)有的地質(zhì)調(diào)查儀器與地災(zāi)監(jiān)測設(shè)備，不需要對現(xiàn)有儀器設(shè)備進(jìn)行重新設(shè)計(jì)開發(fā)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0014]圖1是本【具體實(shí)施方式】提供的32bits擴(kuò)展耦合整數(shù)帳篷映射生成序列分布圖；
[0015]圖2是本【具體實(shí)施方式】提供的32bits擴(kuò)展耦合整數(shù)帳篷映射生成序列分布概率密度；
[0016]圖3是本【具體實(shí)施方式】提供的32bits擴(kuò)展耦合整數(shù)帳篷映射1、2、5、30階差值分布圖；
[0017]圖4是本【具體實(shí)施方式】提供的32bits擴(kuò)展耦合整數(shù)帳篷映射生成序列自相關(guān)特性；
[0018]圖5是本【具體實(shí)施方式】提供的32bits擴(kuò)展耦合整數(shù)帳篷映射生成序列互相關(guān)特性；
[0019]圖6是本【具體實(shí)施方式】提供的8bits分組Feistel加密結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖7是本【具體實(shí)施方式】提供的加密函數(shù)“f”結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖8是本【具體實(shí)施方式】提供的8bits分組整體加密結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0023]本【具體實(shí)施方式】提供了一種基于混沌序列的地質(zhì)調(diào)查儀器的加密方法，包括:
[0024]在加密端設(shè)置種子密鑰池，所述種子密鑰池由預(yù)定數(shù)量的32bits種子密鑰構(gòu)成并進(jìn)行編號；
[0025]在加密時(shí)從所述種子密鑰池中隨機(jī)選取若干個(gè)種子密鑰送入擴(kuò)展耦合整數(shù)帳篷映射生成密鑰序列，對預(yù)定數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
[0026]為了更清楚地說明本【具體實(shí)施方式】提供的基于混沌序列的地質(zhì)調(diào)查儀器的加密方法，下面以32bits擴(kuò)展耦合整數(shù)帳篷映射生成密鑰序列進(jìn)行說明。
[0027]所述擴(kuò)展耦合整數(shù)帳篷映射為密鑰序列生成器的核心算法的實(shí)現(xiàn)過程是:
[0028](I)帳篷映射整數(shù)化:帳篷映射定義為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于混沌序列的地質(zhì)調(diào)查儀器的加密方法，其特征在于，包括: 在加密端設(shè)置種子密鑰池，所述種子密鑰池由預(yù)定數(shù)量的32bits種子密鑰構(gòu)成并進(jìn)行編號； 在加密時(shí)從所述種子密鑰池中隨機(jī)選取若干個(gè)種子密鑰送入擴(kuò)展耦合整數(shù)帳篷映射生成密鑰序列，對預(yù)定數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混沌序列的地質(zhì)調(diào)查儀器的加密方法，其特征在于，所述擴(kuò)展耦合整數(shù)帳篷映射具體包括:

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混沌序列的地質(zhì)調(diào)查儀器的加密方法，其特征在于，所述種子密鑰池由21個(gè)32bits種子密鑰構(gòu)成并進(jìn)行編號； 所述在加密時(shí)從所述種子密鑰池中隨機(jī)選取若干個(gè)種子密鑰送入擴(kuò)展耦合整數(shù)帳篷映射生成密鑰序列具體包括: 在加密時(shí)從密鑰池中隨機(jī)選取4個(gè)種子密鑰送入擴(kuò)展耦合整數(shù)帳篷映射生成密鑰序列，當(dāng)完成211-1個(gè)明文分組的加密后拋棄當(dāng)前種子密鑰，重新從所述種子密鑰池中選取種子密鑰進(jìn)行加密。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混沌序列的地質(zhì)調(diào)查儀器的加密方法，其特征在于，所述方法還包括: 加密端將選取的所述種子密鑰的編號隨加密的預(yù)定數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送給解密端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混沌序列的地質(zhì)調(diào)查儀器的加密方法，其特征在于，所述對預(yù)定數(shù)據(jù)進(jìn)行加密包括:所述加密的分組長度為Sbits長度，所述加密采用4輪Feistel 結(jié)構(gòu)。
6.一種基于混沌序列的地質(zhì)調(diào)查儀器的加密系統(tǒng)，其特征在于，包括: 種子密鑰池，設(shè)置在加密端，由預(yù)定數(shù)量的32bits種子密鑰構(gòu)成并進(jìn)行編號； 加密模塊，用于在加密時(shí)從所述種子密鑰池中隨機(jī)選取若干個(gè)種子密鑰送入擴(kuò)展耦合整數(shù)帳篷映射生成密鑰序列，對預(yù)定數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于混沌序列的地質(zhì)調(diào)查儀器的加密系統(tǒng)，其特征在于，在所述加密模塊中，所述擴(kuò)展耦合整數(shù)帳篷映射具體包括:
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于混沌序列的地質(zhì)調(diào)查儀器的加密系統(tǒng)，其特征在于，所述種子密鑰池由21個(gè)32bits種子密鑰構(gòu)成并進(jìn)行編號； 在所述加密模塊中包括: 加密選取子模塊，用于在加密時(shí)從密鑰池中隨機(jī)選取4個(gè)種子密鑰送入擴(kuò)展耦合整數(shù)帳篷映射生成密鑰序列，當(dāng)完成211-1個(gè)明文分組的加密后拋棄當(dāng)前種子密鑰，重新從所述種子密鑰池中選取種子密鑰進(jìn)行加密。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于混沌序列的地質(zhì)調(diào)查儀器的加密系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括: 發(fā)送模塊，用于將選取的所述種子密鑰的編號隨加密的預(yù)定數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送給解密端。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于混沌序列的地質(zhì)調(diào)查儀器的加密系統(tǒng)，其特征在于，在所述加密模塊中，所述對預(yù)定數(shù)據(jù)進(jìn)行加密包括:所述加密的分組長度為Sbits長度，所述加密采用4輪Feistel結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H04L9/28GK103701585SQ201410015075
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】曹修定, 楊凱, 殷躍平, 吳悅, 郭偉, 王晨輝 申請人:中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心